Спосіб продувки розплаву у подовому сталеплавильному агрегаті

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам продувки расплава в мартеновских печах и двухванных сталеплавильных агрегатах, и может быть использовано при выплавке стали в электропечах. Известен способ продувки расплава кислородом через многосопловые фурмы, погружаемые до границы раздела металл-шлак (М-Ш) или в металл [1]. Недостатком данного способа является понижение выхода жидкого металла вследствие неизменного положения фурмы по ходу продувки. Известен также способ продувки расплава кислородом с переменным положением фурмы по ходу продувки [2]. Однако неполное использование возможностей интенсификации процесса при применении газообразного кислорода не позволяет обеспечить максимальную производительность агрегата при данном расходе кислорода. Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ выплавки высокоуглеродистой стали в двухванной печи, включающий продувку металла заглубленными струями кислорода, подогрев шлака топливно-кислородными горелками и предварительное раскисление металла, причем при содержании углерода в ходе продувки на 0,2-0,4% выше среднезаданного в готовой стали 20-30% от расходуемого на продувку кислорода подают над поверхностью шлака [3]. Но этот способ не обеспечивает максимальную производительность агрегата при данном расходе кислорода. Задачей изобретения является разработка способа продувки расплава в подовом сталеплавильном агрегате путем изменения продолжительности периода доводки и расстояния между соплами фурм над границей раздела металл-шлак с последующим измерением содержания окислов железа в шлаке и продувкой, что обеспечивает повышение производительности сталеплавильного агрегата за счет снижения продолжительности доводки. Поставленная задача решается тем, что в способе продувки расплава в подовом сталеплавильном агрегате, включающем подачу через сводовые водоохлаждаемые фурмы газообразного кислорода в периоды продувки и доводки на границу раздела М-Ш, подъем фурм в период доводки выше границы раздела М-Ш, проведение беспродувочного периода, согласно изобретению, в первые 20-40% продолжительности периода доводки продувку ведут при положении сопел фурм над границей раздела М-Ш на расстоянии 6-8 приведенных калибров, затем сопла фурм устанавливают на границе раздела М-Ш, измеряют содержание окислов железа в шлаке и продувают кислородом до восстановления 50-70% окислов железа из шлака, после чего продувку проводят при положении сопел фурмы на расстоянии 2-4 приведенных калибров над границей раздела М-Ш, а по ходу плавки определяют границу раздела М-Ш. Для успешного проведения процессов шлакообразования, определяющих продолжительность доводки, необходимо обеспечить выполнение двух условий: наличие в шлаке активных растворителей извести и высокую температуру металла и шлака. Решение этих задач достигается при погружении фурмы в шлак, т.е. расположение ее над границей раздела М-Ш. Результатом такого воздействия является интенсивное окисление железа, сопровождающееся быстрым ростом температуры и насыщением шлака окислами железа. При этом достигается быстрое растворение извести, уже в начале доводки формируется активным гомогенный шлак, обладающий высоким десульфурир ующим и дефосфорирующим потенциалом. Однако при проведении этой операции в течение менее 20% продолжительности доводки не достигается достаточного форсирования процессов нагрева и насыщения шлака окислами железа для заметного повышения производительности агрегата. При проведении этой операции в течение более 40% продолжительности доводки перегрев ванны и высокое содержание окислов железа в шлаке приводит к возникновению выбросов металла и шлака из печи, что вынуждает снижать тепловую нагрузку, прекращать продувку; присаживать в ванну охладители и в конечном итоге ведет к снижению производительности печи. При положении фурмы менее чем на 6 приведенных калибров кислородных сопел выше границы М-Ш ускорения нагрева ванны практически не наблюдается, а при подъеме на высоту более 8 приведенных калибров снижается степень использования тепла окисления железа на нагрев металла, что связано с интенсивным диспергированием шлака и выносом его из рабочего пространства печи. В обоих случаях производительность агрегата снижается. После окончания первого периода доводки, проводимого при высоком положении фурмы, ванна оказывается подготовленной к проведению основного периода доводки, т.е. сформирован активный шлак и обеспечена высокая температура металла. Для реализации достигнуты х в начале доводки преимуществ фурму опускают на границу раздела М-Ш. При этом, вследствие высокой температуры металла, повышается скорость окисления углерода, что ведет к интенсивному перемешиванию ванны, улучшению ее нагрева теплом факела, ускорению процессов рафинирования от вредных примесей. Таким образом ускоряются все основные процессы, протекающие в ванне: нагрев, десульфурация и дефосфорация, окисление углерода, что является решающим условием повышения производительности агрегата. Однако форсирование этих процессов наблюдается только в ограниченный период доводки, который в каждом конкретном случае определяется снижением содержания окислов железа в шлаке. При продолжении продувки через фурмы, расположенные на границе раздела М-Ш, после того, как содержание окислов железа снизится более чем на 70% от их содержания в момент погружения фурм на границу раздела, перемешивание металла и шлака в значительной степени замедляется вследствие снижения интенсивности окисления углерода на границе между металлом и шлаком, протекающего за счет кислорода, содержащегося в окислах железа. Это приводит к замедлению процессов рафинирования, осложняет перенос тепла и атмосферного кислорода к металлу через шлак и приводит к снижению производительности печи. При прекращении продувки на границе раздела М-Ш ранее восстановления 50% окислов железа, содержащихся в шлаке в момент погружения, оказывается недоиспользованным потенциал, накопленный ванной в первый период доводки, т.е. еще интенсивны процессы перемешивания, нагрева, десульфурации и удаления углерода, а фурмы поднимаются, снижая интенсивность окисления углерода и перемешивания ванны, что приводит к потере производительности агрегата. После падения окисленности шлака и снижения интенсивности подшлакового кипения ванны необходимо интенсифицировать этот процесс, являющийся основой быстрого рафинирования и нагрева ванны; это достигается повторным подъемом фурмы над границей раздела М-Ш. В этот завершающий период доводки ванна уже достаточно нагрета и для окисления углерода нет необходимости вдувать кислород непосредственно в металл. Процесс идет устойчиво за счет передачи через шлак атмосферного кислорода, кислорода, растворенного в металле, и вдуваемого кислорода, переходящего в металл через шлак. При подъеме фурм в третьем периоде доводки менее чем на 2 приведенных калибра кислородных сопел не достигается интенсификация подшлакового кипения ванны, а при подъеме фурмы на высоту более 4 приведенных калибров в шлак поступает избыточное количество окислов железа, что термодинамически тормозит десульфурацию. Кроме того, при этом снижается скорость окисления углерода за счет снижения эффективности непосредственного взаимодействия струй кислорода с жидким металлом. В обоих случая х производительность агрегата снижается. Иллюстрацией приведенной схемы является хронометраж двух плавок, проведенных в 300-т мартеновской печи по предлагаемому (1) и известному (прототип) (2) способу (см. табл. 1). Пример. Сталь марки БСт3СП выплавляли в 300-т мартеновской печи, работающей скрап-рудным процессом с продувкой ванны кислородом. После выпуска предыдущей плавки осуществляли завалку металлолома (150 т), загрузку известняка (18 т), производили прогрев шихты в течение 40 мин, заливали жидкий чугун (180 т) и начинали продувку кислородом с интенсивностью 3000 м 3/ч через три шестисопловые водоохлаждаемые фурмы с диаметром сопла 12 мм (приведенный диаметр сопла 29,4 мм). Тепловой режим печи во время проведения опытных плавок соответствовал инструкций и от плавки к плавке не изменялся. Продувку начинали непосредственно после заливки чугуна, опуская фурму по мере расплавления шихты до границы раздела М-Ш. Полное расплавление ванны фиксировалось визуально по прекращению фонтанирования металла в местах нахождения нерасплавившегося металлолома. При проведении плавок предлагаемым способом в момент прекращения фонтанирования металла (т.е. в момент начала доводки) фурмы поднимали над границей раздела М-Ш на определенную высоту и удерживали в таком положении некоторое время, затем опускали на границу раздела и производили повторный подъем фурм в конце доводки. При проведении плавки, как в прототипе, фурмы находились на границе раздела М-Ш в течение всей доводки. Положение границы М-Ш определяли электроконтактным методом, для чего одна из фурм была изолирована от металлоконструкций. Между изолированной фурмой и металлоконструкциями был установлен омметр. При нахождении фурмы в атмосфере печи сопротивление в цепи фурма-металлоконструкции составляло 140000-350000 Ом. При нахождении фурмы в шлаке сопротивление составляло 150-230 Ом (цепь замыкалась через шлак). При попадании фурмы в металл сопротивление составляло 2-7 Ом (цепь замыкалась через металл). Сопоставляя диаграмму движения фурмы с резкими переломами на диаграмме сопротивления, определяли положение границы раздела М-Ш. Затем по сельсину производили установку все х фурм в н ужное положение. С учетом того, что положение границы раздела М-Ш по ходу плавки несколько изменяется, определение положения границы производили каждые 7 мин, внося при необходимости коррективы в положение фурм. Точность установки фурм ±1 см. Эффективность способа продувки оценивалась продолжительностью доводки, которая определялась от момента прекращения фонтанирования металла (конец плавления) до момента достижения температуры металла 1620°С, содержания углерода 0,2%, содержания фосфора 0,025%. В момент, когда все названные параметры достигали требуемых значений, продувку прекращали, производили выдержку металла в печи в течение 10 мин (беспродувочный период для самораскисления ванны) и начинали выпуск металла в ковш, где производили его раскисление. Во всех случаях сталь была назначена по ГОСТ 380-71 без ограничения применения. В табл. 2 приведены результаты опытных плавок с использованием предлагаемого и известного (прототип) способов продувки расплава, в котором в течение всей доводки фурмы находились на границе раздела М-Ш. Таким образом, реализация предлагаемого способа при одновременном попадании всех его параметров в заявляемые пределы обеспечивает существенное повышение производительности агрегата за счет снижения продолжительности доводки.